1. Ток и напряжение в электрических цепях

Поведение электрических цепей описывается в основном в величинах напряжения и тока. Под электрическим током понимают ток проводимости I_пр, представляющий упорядоченное движение зарядов в проводящем веществе. I_пр определяется потоком вектора плотности тока δ_пр через поперечное сечение проводника S и численно равен

Ток может быть постоянным или переменным. Электрическим потенциалом φ_а называют величину, равную отношению потенциальной энергии -W-, которой обладает заряд -q-, находящийся в данной точке А, к этому заряду:

Разность потенциалов точек электрической цепи называется напряжением между этими точками: .

Под напряжением называют количество энергии, затрачиваемой на перемещение единицы заряда из одной точки электрической цепи в другую:

Чтобы показать зависимость напряжения и тока от времени, используют обозначения U(t), I(t).

Принятое положительное направление для напряжения определяется стрелкой или знаками + и – , указанными около выводов А и В,

Принятое положительное направление тока обозначается стрелкой и предполагает, что ток в ветви -I- положителен в момент времени t [I(t)>0] всякий раз, когда поток положительных зарядов поступает в ветвь через зажим А и выходит в зажиме В.

Положительные направления для напряжения и тока называют взаимосвязанными (согласованными или согласными) если положительный ток входит в ветвь через контакт со знаком +, а уходит из ветви через контакт со знаком – (рис. 4а).

I

U

N

б)

I

U

+

—

+

—

а)

N

Рис.4

Встречным называют противоположное направление тока (рис. 4 б).

2. Линейные электрические цепи при постоянных токах

Электрические цепи можно разделить на две основные категории, которые зависят от характера элементов образующих цепь:

1. Элементы электрической цепи линейны, откуда следует, что и электрическая цепь является линейной. Линейными называют цепи параметры которых не зависят от значений напряжения и тока.

2. Если один или более элементов электрической цепи нелинейны, то цепь нелинейна.

Существует два вида линейных цепей: с сосредоточенными и распределёнными параметрами. Типичными сосредоточенными элементами являются резисторы, конденсаторы, индуктивности и трансформаторы. Основное свойство сосредоточенных элементов – их небольшой размер по сравнению с длиной волны соответствующей их нормальной рабочей частоте. В основном, сосредоточенные элементы имеют два вывода, как например, резисторы, катушки, конденсаторы, диоды и т.п. или более (трансформаторы и т.п.). Их называют полюсами, зажимами или клеммами. Элемент или электрическая цепь с двумя зажимами могут называться двухполюсником.

Для двухполюсных сосредоточенных элементов относительно любого момента времени справедливы положения:

• ток, втекающий в один полюс, равен току, вытекающему из другого полюса;

• напряжение на элементе однозначно определяется разностью потенциалов по­люсов.